JP2010213429A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁束可変型の回転電機及び、その回転電機を用いた装置に関する。 The present invention relates to a magnetic flux variable type rotating electrical machine and an apparatus using the rotating electrical machine.
従来の誘導電動機(IMモータ)に代わり、効率に優れ、小型化や低騒音化も期待できる永久磁石同期電動機(PMモータ)が普及し始めている。例えば、家電,鉄道車両,電気自動車向けの駆動モータとしてPMモータが利用されるようになってきている。IMモータは、磁束自体をステータからの励磁電流によって作り出すため、励磁電流を流すことによる損失が発生する問題点がある。一方、PMモータは、ロータに永久磁石を備え、永久磁石の磁束を利用してトルクを出力するモータである。そのため、PMモータでは励磁電流を印加する必要はなく、IMモータのように、励磁電流による損失は発生しない。 Instead of conventional induction motors (IM motors), permanent magnet synchronous motors (PM motors), which are excellent in efficiency and can be expected to be reduced in size and noise, are becoming popular. For example, PM motors have come to be used as drive motors for home appliances, railway vehicles, and electric vehicles. The IM motor generates a magnetic flux itself by an exciting current from the stator, and therefore has a problem that a loss is caused by flowing the exciting current. On the other hand, a PM motor is a motor that includes a permanent magnet in a rotor and outputs torque using the magnetic flux of the permanent magnet. Therefore, it is not necessary to apply an excitation current in the PM motor, and no loss due to the excitation current occurs unlike the IM motor.
しかしながら、PMモータは、回転数に比例して永久磁石により電機子コイルに誘起電圧が発生する。鉄道車両や自動車など回転範囲が広い応用範囲では、最高回転数において生じる誘起電圧によって、PMモータを駆動制御するインバータが過電圧によって破壊しないことが必要である。このような特性を有するPMモータでは、電源電圧を一定として定出力運転を行う場合に、前述の最高回転数をさらに上昇させて運転速度を広くするための方策として、電機子コイルに永久磁石による磁束を打ち消す電流を流して等価的に誘起電圧を下げるといういわゆる弱め界磁制御がある。しかし、この弱め界磁制御は、トルクに寄与しない電流を流すため効率の低下を招いていた。また、電機子コイルに大電流を流す必要があり、おのずとコイルに発生する熱が増大する。そのため、高回転領域における回転電機としての効率の低下,冷却能力を超えた発熱による永久磁石の減磁等が起こり得る可能性があった。 However, in the PM motor, an induced voltage is generated in the armature coil by the permanent magnet in proportion to the rotational speed. In an application range with a wide rotation range such as a railway vehicle or an automobile, it is necessary that an inverter that drives and controls the PM motor is not destroyed by an overvoltage due to an induced voltage generated at the maximum rotation speed. In a PM motor having such characteristics, when performing constant output operation with a constant power supply voltage, a permanent magnet is used as an armature coil as a measure for further increasing the aforementioned maximum rotational speed and widening the operation speed. There is a so-called field weakening control in which an induced voltage is equivalently lowered by supplying a current that cancels the magnetic flux. However, this field-weakening control causes a reduction in efficiency because a current that does not contribute to torque flows. In addition, it is necessary to pass a large current through the armature coil, which naturally increases the heat generated in the coil. For this reason, there is a possibility that the efficiency of the rotating electrical machine in the high rotation region may be reduced, the permanent magnet may be demagnetized due to heat generation exceeding the cooling capacity, and the like.
そこで、電気的な弱め界磁の代わりに、機械的に有効磁束量を可変することができる回転電機としては、例えば特許文献1に記載された回転電機が知られている。 Therefore, as a rotating electrical machine capable of mechanically changing the effective magnetic flux amount instead of the electric field weakening field, for example, the rotating electrical machine described in Patent Document 1 is known.
特許文献1に記載された回転電機は、回転軸方向に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子を有する。そして、回転電機を電動機として動作させる場合は、二分割回転子の一方の界磁用磁石と二分割回転子の他方の界磁用磁石との間の磁気作用力と回転子のトルク方向との釣り合いによって二分割回転子の界磁用磁石の磁極中心を揃える。回転電機を発電機として動作させる場合は、回転子のトルク方向が反対になるに伴って二分割回転子の界磁用磁石の磁極中心をずらす。このように、分割した二つの回転子の磁極中心を変化させることで機械的に有効磁束量を可変にしている。 The rotating electrical machine described in Patent Literature 1 includes a rotor that is divided into two in the direction of the rotation axis, and field magnets having different polarities are alternately arranged in the rotation direction. When the rotating electric machine is operated as an electric motor, the magnetic acting force between one field magnet of the two-part rotor and the other field magnet of the two-part rotor and the torque direction of the rotor The magnetic pole centers of the field magnets of the two-divided rotor are aligned according to the balance. When the rotary electric machine is operated as a generator, the magnetic pole center of the field magnet of the two-part rotor is shifted as the torque direction of the rotor is reversed. In this way, the effective magnetic flux amount is mechanically varied by changing the magnetic pole centers of the two divided rotors.
さらに、機械的な可変機構を用いた回転電機では、被搭載体、例えば自動車に対する信頼性を向上させるために、例えば回転子のトルク方向の変化に伴って二分割回転子の一方が可変した時に二分割回転子の一方や機械的な可変機構に生じる衝撃を緩和できる機構を設けた回転電機が特許文献2に記載されている。
Furthermore, in a rotating electrical machine using a mechanical variable mechanism, in order to improve the reliability of a mounted body, for example, an automobile, for example, when one of the two-part rotors is changed with a change in the torque direction of the rotor.
しかしながら、前述した回転電機は、運転点範囲と効率に応じて、有効磁束量を変える可変範囲を定める構造を有していないため、可変機構の誤動作に対する備えがないという問題点がある。 However, the rotating electrical machine described above has a problem that there is no provision for malfunction of the variable mechanism because it does not have a structure that defines a variable range for changing the effective magnetic flux amount according to the operating point range and efficiency.
例えば、自動車の場合では、下り坂での高速運転時に有効磁束が0になると、加速に抗するトルクを発生できなくなるため、減速を摩擦ブレーキにのみ頼ることになる。摩擦ブレーキは使い過ぎて熱をもつと効きが悪くなるため、できるなら回転電機側でも減速トルクを受けもつことが望ましい。 For example, in the case of an automobile, when the effective magnetic flux becomes zero during high-speed driving on a downhill, torque that resists acceleration cannot be generated, and therefore deceleration is relied only on a friction brake. Since friction brakes become less effective if they are used excessively and heat is applied, it is desirable that the rotating electrical machine also handle the deceleration torque if possible.
本発明の目的は、可動機構の誤動作に対しても好適な有効磁束範囲内での運転を可能とし、且つ無駄な有効磁束可変スペースを無くし、可動機構の移動距離が短くなり、さらなる小型化が可能な回転電機を提供することである。 An object of the present invention is to enable operation within a suitable effective magnetic flux range even when the movable mechanism malfunctions, eliminate a useless effective magnetic flux variable space, shorten the moving distance of the movable mechanism, and further reduce the size. It is to provide a possible rotating electrical machine.
本発明は、巻線を有する固定子と、固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に第一回転子と第二回転子に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、第一回転子に対する第二回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構と、第一回転子と第二回転子の距離が予め定めた値を超えた場合は、第二回転子を停止する回転子停止手段と、を有する回転電機とする。 The present invention includes a stator having windings, and a stator that is rotatably arranged through a gap, and is divided into a first rotor and a second rotor in the direction of the rotation axis. A rotor in which magnets for magnetism are alternately arranged in a rotation direction; a magnetic flux variable mechanism that varies a relative rotation axis direction position of the second rotor with respect to the first rotor; a first rotor and a second rotor; If the distance exceeds a predetermined value, the rotating electric machine has a rotor stopping means for stopping the second rotor.
また、巻線を有する固定子と、固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に三分割以上分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、その回転子の分割された個々の分割回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構と、それぞれの分割回転子の相対距離が予め定めた値を超えた場合は、少なくとも1つの分割回転子を停止する回転子停止手段と、を有する回転電機とする。 In addition, a stator having windings and a stator are rotatably arranged through a gap, and divided into three or more parts in the rotation axis direction, and field magnets having different polarities are alternately arranged in the rotation direction. Magnetic flux variable mechanism that varies the relative rotational axis position of each divided rotor divided by the rotor, and the relative distance between each divided rotor exceeds a predetermined value. In this case, the rotating electrical machine includes a rotor stopping unit that stops at least one divided rotor.
また、車輪と、車輪を駆動する内燃機関と、速度を制御する変速機と、内燃機関と変速機間に機械的に連結された本発明の回転電機と、電力の充放電を行う蓄電手段と、蓄電手段と回転電機間に接続され、電力の変換を行う電力変換器の構成とする。 Also, a wheel, an internal combustion engine that drives the wheel, a transmission that controls the speed, the rotating electrical machine of the present invention mechanically connected between the internal combustion engine and the transmission, and a power storage unit that charges and discharges power. The power converter is connected between the power storage means and the rotating electrical machine, and converts power.
可動機構の誤動作に対しても好適な有効磁束範囲内での運転が可能となり、且つ無駄な有効磁束可変スペースを無くし、可動機構の移動距離が短くなり、さらなる小型化が可能な回転電機を提供できる。 Providing a rotating electrical machine that can be operated within a suitable effective magnetic flux range even when the movable mechanism malfunctions, eliminates a useless effective magnetic flux variable space, shortens the moving distance of the movable mechanism, and can be further miniaturized. it can.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明に係る磁束可変型回転電機の一構成例を図1,図2,図3に基づいて説明する。 A configuration example of the magnetic flux variable rotating electric machine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1,図2,図3は本実施例の回転電機の構成を示す。図1,図2,図3に示すように、円筒状の固定子鉄心1の内周部には、軸方向に連続し、開口した溝(以後「スロット」と記す)が周方向に複数形成され、複数のスロットの各々には電機子巻線2(固定子巻線又は一次巻線ともいう)が装着されている。 1, 2 and 3 show the configuration of the rotating electrical machine of the present embodiment. As shown in FIGS. 1, 2 and 3, a plurality of grooves (hereinafter referred to as “slots”) that are continuous in the axial direction and open in the axial direction are formed in the inner peripheral portion of the cylindrical stator core 1. An armature winding 2 (also called a stator winding or a primary winding) is attached to each of the plurality of slots.
固定子鉄心1の外周側には、ハウジング(図に示していない)が存在し、固定子鉄心ハウジングとは焼嵌或いは圧入などによってより締結される。回転軸方向端部にはブラケット(図に示していない)が締結され、固定子鉄心の露出を防いでいる。 A housing (not shown) exists on the outer peripheral side of the stator core 1 and is fastened to the stator core housing by shrink fitting or press fitting. A bracket (not shown) is fastened to the end in the rotational axis direction to prevent exposure of the stator core.
固定子鉄心1の内周側には空隙を介して回転子が回転可能に配設されている。回転子は回転軸方向に二分割されて構成されたものであり、シャフト3(回転軸ともいう)に固定された第一回転子4と、シャフト3に設けたスプライン9上を回転しながら、回転軸方向に移動可能な第二回転子5とを有している。
A rotor is rotatably disposed on the inner peripheral side of the stator core 1 through a gap. The rotor is divided into two in the direction of the rotation axis, and while rotating on the
第一回転子4には、極性が回転方向に順次異なるように第一回転子の界磁用磁石である永久磁石4Aが複数埋め込まれている。また、第二回転子5にも、極性が回転方向に順次異なるように、第二回転子の界磁用磁石である永久磁石5Aが複数埋め込まれている。つまり、第一回転子4と第二回転子5は、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置される。シャフト3の中心軸方向の両端部は、軸受装置(図に示していない)によって回転可能に支持されている。
A plurality of
支持機構は、軸受6,ストッパー7,アクチュエータ8から構成されている。第二回転子5を第一回転子4の反対側から、可動部のアクチュエータアーム8Aが軸受6,ストッパー7を介して第二回転子5を所定位置に移動させることができる。つまり支持機構は、回転子の第一回転子4に対する回転子の第二回転子5の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構である。
The support mechanism includes a
本実施例では、図1に示すように、トルクや回転数の変化に応じて第二回転子5を動作させている。すなわち本実施例では、図1の状態から図3の状態までの任意状態としている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the second rotor 5 is operated in accordance with changes in torque and rotational speed. That is, in this embodiment, an arbitrary state from the state of FIG. 1 to the state of FIG. 3 is set.
ここで、図1は、最大有効磁束が必要とされる場合、第一回転子4と第二回転子5を接近させて一体とし、永久磁石4A,5Aの同極性のもの同士を回転軸方向に並ばせて永久磁石4A,5Aの磁極の中心を揃えた状態である。この時、支持機構は、第二回転子5を第一回転子4側とは反対側から支持している。すなわちアクチュエータ8を制御信号によって制御し、可動部が軸受6,ストッパー7を介して第二回転子5を所定位置に移動させる。この状態では、第二回転子5の磁極位相13は第一回転子4の磁極位相12と同じ電気角になる。
Here, FIG. 1 shows that when the maximum effective magnetic flux is required, the
図2,図3は、図1の状態より有効磁束を減らした状態である。第二回転子5を、シャフト3上を回転させながら回転軸方向の一方側(第一回転子4側とは反対側)に移動させて第一回転子4から離し、任意所定位置に移動させる。図2の状態では、第二回転子5の磁極位相13は第一回転子4の磁極位相12と90°の電気角になる。図3の状態では、第二回転子5の磁極位相13は第一回転子4の磁極位相12と180°の電気角になる。磁極8極の場合では、第二回転子5の磁極位相13は第一回転子4の磁極位相12との最大機械角θは45°になる。つまり、界磁用の有効磁束量は0となり、逆起電圧を0にすることができる。この有効磁束0の特性は回転電機の保護機能に利用できる。
2 and 3 show a state where the effective magnetic flux is reduced from the state shown in FIG. The second rotor 5 is moved to one side in the rotation axis direction (the side opposite to the
本実施例では、図1,図2,図3に示すように、シャフト3に可調節式のフェイルセーフストッパー10を設けた。フェイルセーフストッパー10は、回転電機の運転点と回転電機効率に対応する有効磁束量範囲を定める構造であり、可動機構の誤動作による異常な高速回転を防ぐことが可能である。つまり、フェイルセーフストッパー10は、第一回転子4と第二回転子5間の距離(相対距離)が予め定めた値を超えた場合は、第二回転子5を停止する機能を有する回転子停止手段である。これにより第一回転子4と第二回転子5との距離に比例する有効磁束量を最適な範囲内で制御することができることが可能である。この第一回転子4と第二回転子5との距離は、界磁用の永久磁石の極数と、可動回転子と回転軸間に設けるスプライン9によって決められる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1, 2, and 3, the
ここでの有効磁束は、回転電機の回転トルクに寄与する磁束量である。回転電機の回転トルクと固定子の巻線に流れる電流から求められる。 The effective magnetic flux here is the amount of magnetic flux that contributes to the rotational torque of the rotating electrical machine. It is obtained from the rotational torque of the rotating electrical machine and the current flowing through the stator winding.
例えば、回転電機の運転点と回転電機効率に対応する有効磁束量範囲が0〜Φとすると、第二回転子5が第一回転子4に対して回転軸方向に最大距離Lを移動することになる。この状態のフェイルセーフストッパー10は、図3に示すように、第二回転子5と可動機構をL以上に移動させない位置に固定される。同様に、回転電機の運転点と回転電機効率に対応する有効磁束量範囲が0.5Φ〜Φとすると、第二回転子5が第一回転子4に対して回転軸方向に最大距離L/2を移動することになる。この状態のフェイルセーフストッパー10は、第二回転子5と可動機構をL/2以上に移動させない位置に固定される。その結果、無駄な有効磁束可変スペースを無くし、可動機構の移動距離が短くなり、回転電機のさらなる安全性を確保できる。
For example, when the effective magnetic flux amount range corresponding to the operating point of the rotating electrical machine and the rotating electrical machine efficiency is 0 to Φ, the second rotor 5 moves the maximum distance L in the rotational axis direction with respect to the
図4は、従来回転電機の効率マップを示す図であり、有効磁束を従来型回転電機の1.0倍,0.75倍,0.5倍,0.25倍に変えた場合の回転電機の効率を示す。以後、有効磁束が1.0倍,0.75倍、0.5倍,0.25倍となっていることを、それぞれΦ,0.75Φ,0.5Φ,0.25Φと表記する。図において、横軸は回転電機の回転数、縦軸は回転電機のトルク、図中は回転電機効率分布である。さらに、有効磁束を0〜Φに変化させたときの結果を各有効磁束中の最大効率点を取り出し、合成した結果を磁束可変型回転電機の効率マップとして図5に示す。 FIG. 4 is a diagram showing an efficiency map of a conventional rotating electric machine, in which the effective magnetic flux is changed to 1.0, 0.75, 0.5, and 0.25 times that of the conventional rotating electric machine. Show the efficiency. Hereinafter, the fact that the effective magnetic flux is 1.0 times, 0.75 times, 0.5 times, and 0.25 times is expressed as Φ, 0.75Φ, 0.5Φ, and 0.25Φ, respectively. In the figure, the horizontal axis represents the rotational speed of the rotating electrical machine, the vertical axis represents the torque of the rotating electrical machine, and the rotating electrical machine efficiency distribution in the figure. Further, FIG. 5 shows the result of changing the effective magnetic flux from 0 to Φ, taking out the maximum efficiency point in each effective magnetic flux and combining the results as an efficiency map of the variable magnetic flux rotating electric machine.
ここで、図4の有効磁束をΦとした結果を従来型回転電機効率マップ、図5の結果を磁束可変型回転電機効率マップと呼称する。従来型回転電機に比べ、磁束可変型回転電機は、高効率域が高回転領域側に大きく拡大している。さらに、回転電機の有効磁束が回転電機効率に影響を及ぼす範囲も図5に示す。 Here, the result in which the effective magnetic flux in FIG. 4 is Φ is referred to as a conventional rotating electrical machine efficiency map, and the result in FIG. 5 is referred to as a magnetic flux variable rotating electrical machine efficiency map. Compared with the conventional rotary electric machine, the high-efficiency area of the magnetic flux variable-type rotary electric machine is greatly expanded toward the high rotation area. Furthermore, the range in which the effective magnetic flux of the rotating electrical machine affects the rotating electrical machine efficiency is also shown in FIG.
上記得られた効率マップの結果を用い、磁束可変型回転電機を電気自動車に搭載した場合の効果を評価した結果を図6に示す。図中×点は速度60km/h,80km/h,100km/h,120km/h,140km/h,160km/hにおける定常運転時の運転点を示す。速度60km/h,80km/hの運転点において両者の差がないが、100km/h,120km/h,140km/hの運転点は従来型回転電機の90%と92%から磁束可変型回転電機の94%、160km/hの運転点は従来型回転電機の90%から磁束可変型回転電機の92%とに入っている。従って、磁束可変型回転電機は、自動車に用いた場合、高速走行領域の効率を向上させる効果がある。 FIG. 6 shows the results of evaluating the effect when the magnetic flux variable rotating electrical machine is mounted on an electric vehicle using the results of the efficiency map obtained above. The x points in the figure indicate operating points during steady operation at speeds of 60 km / h, 80 km / h, 100 km / h, 120 km / h, 140 km / h, and 160 km / h. There is no difference between the operating points at speeds of 60 km / h and 80 km / h, but the operating points at 100 km / h, 120 km / h, and 140 km / h are 90% and 92% of the conventional rotating electric machine, and the magnetic flux variable type rotating electric machine. The operating point of 94% and 160 km / h is in the range of 90% of the conventional rotating electric machine and 92% of the magnetic flux variable rotating electric machine. Therefore, the magnetic flux variable rotating electric machine has an effect of improving the efficiency of the high-speed traveling region when used in an automobile.
図5,図6により、回転電機の運転点が違うと、それに対応する最も効果のある有効磁束量も変わる。従って、回転電機の用途や運転範囲から回転電機の有効磁束可変範囲を限定できる。その結果、無駄な有効磁束可変スペースや軸長を無くし、可動機構の移動距離が短くなり、回転電機のさらなる小型化が可能となる。 5 and 6, if the operating point of the rotating electrical machine is different, the most effective effective magnetic flux corresponding to the operating point also changes. Therefore, the effective magnetic flux variable range of the rotating electrical machine can be limited from the application and operating range of the rotating electrical machine. As a result, useless effective magnetic flux variable space and shaft length are eliminated, the moving distance of the movable mechanism is shortened, and the rotating electrical machine can be further reduced in size.
本実施例では、磁極が8極、第二回転子5が相対回転可能とするスプライン9のリードが24mm(1周回転で軸方向に24mm移動)の場合では、有効磁束を0〜Φ範囲内に変化させると、軸長方向の移動距離が3mmである。ここで、回転電機の運転範囲や運転点によって有効磁束0.5Φ〜Φ範囲内に限定すると移動距離は1.5mmになり、移動距離が半減できる。さらに、有効磁束の範囲が限定されることでより、分割された回転子の異なる極性磁石間の吸引力が小さくなり、容量の小さいアクチュエータが可能となる。その結果、さらなるシステムの小型化が期待できる。
In this embodiment, when the magnetic pole is 8 poles and the lead of the
本実施例では、回転子の磁極は8極について説明したが、高速回転対応の回転電機(高速回転用回転電機)で界磁用永久磁石の極数がより少ない場合においては、有効磁束の範囲を限定することにより、軸長方向移動距離の短縮にもっと効果がある。例えば、回転子磁極は4極になると、有効磁束を0〜Φに変化させるのに移動距離が最大6mmとなる。有効磁束0.5Φ〜Φ範囲内に限定すると移動距離は3mmになり、前記回転子磁極8極の場合より回転電機の小型化が期待できる。 In this embodiment, the magnetic pole of the rotor has been described with respect to eight poles. However, when the number of poles of the field permanent magnet is smaller in a rotating electric machine (high speed rotating electric rotating machine) compatible with high speed rotation, the range of effective magnetic flux By limiting this, it is more effective in shortening the movement distance in the axial direction. For example, when there are four rotor magnetic poles, the moving distance becomes a maximum of 6 mm to change the effective magnetic flux from 0 to Φ. If the effective magnetic flux is limited within the range of 0.5Φ to Φ, the moving distance is 3 mm, and a reduction in the size of the rotating electrical machine can be expected compared to the case of the 8-pole rotor magnetic pole.
なお、上記形態では、回転子が二分割される回転電機の場合について説明したが、三分割以上でも良いことは言うまでもない。つまり、固定子鉄心1に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に三分割以上分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、その回転子の分割された個々の分割回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構と、それぞれの分割回転子の相対距離が予め定めた値を超えた場合は、少なくとも1つの分割回転子を停止する回転子停止手段のフェイルセーフストッパー10と、を有する構成でも、図1,図2,図3に記載した回転子が二分割された構成と同様の効果を達成できる。また、有効磁束を限定する観点から、本実施例以外の他の磁束可変構造においても適用できる。
In addition, although the case where the rotor is divided into two in the above embodiment has been described, it goes without saying that it may be divided into three or more. That is, a rotor that is rotatably arranged in the stator core 1 through a gap, divided into three or more parts in the rotation axis direction, and field magnets having different polarities are arranged alternately in the rotation direction, A magnetic flux variable mechanism that varies the relative rotational axis direction position of each divided rotor of the rotor, and at least one when the relative distance of each of the divided rotors exceeds a predetermined value Even with the configuration having the fail-
図7,図8は回転電機の有効磁束量を0.5Φ〜Φ範囲内に限定する可変機構をもつ回転電機の効果を説明する図である。 7 and 8 are diagrams for explaining the effect of the rotating electrical machine having a variable mechanism that limits the effective magnetic flux amount of the rotating electrical machine within the range of 0.5Φ to Φ.
回転電機に変速機を含めた場合の定常走行時の効率比較を行う。検討した車両形式は図7に示すように、定常走行における従来型回転電機(a),磁束可変型回転電機(b),従来型回転電機+変速機(変速機効率100%)(c),従来回転電機+変速機(変速機効率95%)(d)の4つである。前述の自動車シミュレータを用い各定常速度毎の効率を比較した結果を図8(横軸に車速(km/h)、縦軸に効率)に示す。変速機の機械損失はゼロ、つまり変速機効率100%(c)の場合では、従来型回転電機+変速機の効率は磁束可変型回転電機より良くなっているが、変速機の機械損失約5%を考慮すると、図8(d)に示すように、磁束可変型回転電機より、効率が約4%低下している。一方、磁束可変型回転電機は高効率動作範囲が広いために必ずしも変速機を必要としない。従って、変速機による効率低下分がなく、自動車の効率向上のうえで有利であると考えられる。
Compare the efficiency during steady running when the rotating electrical machine includes a transmission. As shown in FIG. 7, the examined vehicle types are a conventional rotating electric machine (a), a magnetic flux variable rotating electric machine (b), a conventional rotating electric machine + transmission (
以上、本実施例によれば、上述した通り、第一回転子と第二回転子の距離が所定の値を超えた場合は、相対的に可動の第二回転子を停止するフェイルセーフストッパーを有することによって、可動機構の誤動作に対しても好適な有効磁束範囲内での運転が可能となり、且つ無駄な有効磁束可変スペースを無くし、可動機構の移動距離が短くなり、回転電機のさらなる小型化が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, as described above, when the distance between the first rotor and the second rotor exceeds a predetermined value, the fail-safe stopper that stops the relatively movable second rotor is provided. By having it, it is possible to operate within the effective magnetic flux range suitable for malfunction of the movable mechanism, eliminate the useless effective magnetic flux variable space, shorten the moving distance of the movable mechanism, and further reduce the size of the rotating electrical machine Is possible.
本実施例では、本発明で提案した回転電機の制御手段の例について説明する。 In this embodiment, an example of a control unit for a rotating electrical machine proposed in the present invention will be described.
提案した回転電機の制御手段は、軸受6,ストッパー7,アクチュエータ8から構成され、回転子の第一回転子4に対する回転子の第二回転子5の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構を制御する制御手段である。
The proposed control means of the rotating electrical machine is composed of a
図9に示すように、有効磁束に関する複数の回転電機効率ηマップを有し、要求回転数及び要求トルクにおける効率値(回転電機の出力パワー/入力パワー)を複数の回転電機効率ηマップより取得し、複数の回転電機効率ηマップより得られる複数の効率値のうち最も効率の高い値を示す有効磁束を選択する有効磁束決定手段を有する。言い換えれば、有効磁束決定手段は、予め記憶手段(図示なし)に記憶された回転子の要求回転数と要求トルクにおける複数の効率値が示された複数の回転電機効率マップから最も効率値が高い有効磁束量を選択し、選択された有効磁束に基づく指令値を磁束可変機構へ出力するものである。 As shown in FIG. 9, a plurality of rotating electrical machine efficiency η maps relating to the effective magnetic flux are obtained, and efficiency values (output power / input power of the rotating electrical machine) at the required rotational speed and required torque are obtained from the multiple rotating electrical machine efficiency η maps. And an effective magnetic flux determining means for selecting an effective magnetic flux showing the highest efficiency value among the plurality of efficiency values obtained from the plurality of rotating electrical machine efficiency η maps. In other words, the effective magnetic flux determining means has the highest efficiency value from a plurality of rotating electrical machine efficiency maps showing a plurality of efficiency values for the required rotational speed and required torque of the rotor stored in advance in the storage means (not shown). The effective magnetic flux amount is selected, and a command value based on the selected effective magnetic flux is output to the magnetic flux variable mechanism.
例えば、図9に示す運転点における回転数とトルクが出力要求される場合では、予め取得した複数の回転電機効率ηマップより最も高い値の有効磁束(最大の回転電機効率η)を選択し、この有効磁束量を回転電機の磁束可変機構に指令して決定することによって、各運転点において最も高い回転電機の効率を実現する。有効磁束を固定し、それぞれ効率マップを測って、有効磁束可変運転時の効率マップと比較すれば、容易に最適な有効磁束を選択できる。 For example, in the case where the output of the rotation speed and torque at the operating point shown in FIG. 9 is requested, the highest effective magnetic flux (maximum rotating electrical machine efficiency η) is selected from a plurality of previously obtained rotating electrical machine efficiency η maps, By commanding and determining this effective magnetic flux amount to the magnetic flux variable mechanism of the rotating electrical machine, the highest efficiency of the rotating electrical machine is realized at each operating point. If the effective magnetic flux is fixed, the efficiency map is measured, and compared with the efficiency map at the time of variable effective magnetic flux operation, the optimum effective magnetic flux can be easily selected.
なお、本実施例では、効率生成手段としては、効率マップの例以外に、数式でも近似式でもよい。また、いくつの回転電機効率ηマップを例として挙げたが、より最適な有効磁束を選択するために、さらに有効磁束を細かく分割し効率マップを取得することが望ましい。 In this embodiment, the efficiency generation means may be a mathematical expression or an approximate expression in addition to the efficiency map example. Moreover, although several rotating electrical machine efficiency (eta) maps were mentioned as an example, in order to select a more optimal effective magnetic flux, it is desirable to subdivide the effective magnetic flux further and to acquire an efficiency map.
本実施例では、本発明で提案した回転電機の制御手段の他の例について説明する。 In this embodiment, another example of the control means for the rotating electrical machine proposed in the present invention will be described.
提案した回転電機の制御手段は、図10に示すように、回転数及びトルクに関する有効磁束マップを有し、その有効磁束マップは要求回転数及び要求トルクに対し最大効率を得る有効磁束を出力とする有効磁束決定手段である。例えば、図10に示す運転点における回転数とトルクが出力要求される場合では、予め取得した複数の回転電機効率ηマップより最も高い値で合成効率ηマップを取得し、要求回転数とトルクに対応する有効磁束量を回転電機の磁束可変機構に指令して決定することによって、各運転点において最も高い回転電機の効率を実現する。有効磁束可変運転時の効率マップと比較すれば、容易に最適な有効磁束を選択できる。 As shown in FIG. 10, the proposed control means of the rotating electrical machine has an effective magnetic flux map related to the rotational speed and torque, and the effective magnetic flux map outputs an effective magnetic flux that obtains the maximum efficiency with respect to the required rotational speed and the required torque. Effective magnetic flux determining means. For example, when the rotation speed and torque at the operating point shown in FIG. 10 are requested to be output, a composite efficiency η map is acquired at a value higher than a plurality of rotary electric machine efficiency η maps acquired in advance, and the required rotation speed and torque are obtained. By commanding and determining the corresponding effective magnetic flux amount to the magnetic flux variable mechanism of the rotating electrical machine, the highest efficiency of the rotating electrical machine is realized at each operating point. Compared with the efficiency map during variable effective magnetic flux operation, the optimal effective magnetic flux can be easily selected.
なお、本実施例では、有効磁束量の生成手段としては、有効磁束マップの例以外に、数式でも近似式でもよい。いくつの回転電機効率ηマップを例として挙げたが、より最適な有効磁束を選択するために、さらに有効磁束を細かく分割し効率マップを取得することが望ましい。 In this embodiment, the effective magnetic flux generation means may be a mathematical expression or an approximate expression other than the example of the effective magnetic flux map. Several rotating electrical machine efficiency η maps are given as examples. In order to select a more optimal effective magnetic flux, it is desirable to further divide the effective magnetic flux and obtain an efficiency map.
本実施例では、本発明で提案した回転電機をハイブリッド自動車の駆動装置に適用した例について説明する。 In this embodiment, an example in which the rotating electrical machine proposed in the present invention is applied to a drive device for a hybrid vehicle will be described.
図11はハイブリッド自動車の駆動装置の配置構成を示す。ハイブリッド自動車は、車輪と、その車輪を駆動する駆動装置と、を有し、その駆動装置は、車両の駆動力を発生する、つまり車輪を駆動する内燃機関であるエンジン14と、車両の速度を制御する変速機であるトランスミッション16との間に回転電機15(永久磁石型同期回転電機)が機械的に連結されて構成されている。この回転電機15は、実施例1の回転電機の特徴を有する回転電機である。
FIG. 11 shows an arrangement configuration of a drive device for a hybrid vehicle. The hybrid vehicle includes a wheel and a driving device that drives the wheel. The driving device generates the driving force of the vehicle, that is, the
エンジン14と回転電機15との連結には、エンジン14の出力軸と回転電機15の回転軸を直結する方法、或いは遊星歯車減速機構などで構成された変速を介して連結する方法が一般的に採られている。回転電機15は、電動機或いは発電機として動作するので、回転電機15には、電力変換器であるインバータ17を介して電力の充放電を行う蓄電手段であるバッテリ18に電気的に接続されている。つまり、電力変換器であるインバータ17は、蓄電手段であるバッテリ18と回転電機15間に接続され、電力の変換を行う。
In general, the
回転電機15を電動機として用いる場合は、バッテリ18から出力された直流電力をインバータ17で交流電力に変換して回転電機15に供給する。回転電機15の駆動力は、エンジン14の始動用或いはアシスト用として用いられる。
When the rotating
回転電機15を発電機として用いる場合は、回転電機15によって発電された交流電力をインバータ17(コンバータ機能)で直流電力に変換してバッテリ18に供給する。これにより、変換された直流電力はバッテリ18に蓄電される。
When the rotating
従来の永久磁石同期回転電機は、回転数の上昇と共に磁石による逆起電力が大きくなるため、バッテリ,インバータの制約により高回転領域で駆動するのが困難であった。高回転領域で回転電機を駆動する方式として、電流により永久磁石の界磁用磁束を等価的に弱める弱め界磁制御があるが、トルクに寄与しない電流を流すため効率の低下を招いていた。 The conventional permanent magnet synchronous rotating electric machine has a large back electromotive force due to the magnet as the number of rotations increases, so that it is difficult to drive in a high rotation region due to restrictions of the battery and the inverter. As a method of driving a rotating electrical machine in a high rotation region, there is field weakening control that equivalently weakens the field magnetic flux of the permanent magnet by current, but this causes a reduction in efficiency because a current that does not contribute to torque is passed.
よって、この回転電機に本発明の実施例1に記載のような磁束可変型回転電機を用いることで、回転数,トルクに応じて機械的に最適な界磁用有効磁束を発生させることができる。従って、逆起電力によるバッテリやインバータの制約が低減でき、さらにトルクに寄与しない電流を流さないため、効率を向上させることができる。 Therefore, by using the variable magnetic flux type rotating electrical machine as described in the first embodiment of the present invention for this rotating electrical machine, it is possible to generate a mechanically optimal field effective magnetic flux according to the rotational speed and torque. . Therefore, the restrictions on the battery and the inverter due to the counter electromotive force can be reduced, and the current that does not contribute to the torque is not passed, so that the efficiency can be improved.
本実施例によれば、本発明の回転電機を導入すると、無駄な有効磁束可変スペースや軸長を無くし、可動機構の移動距離が短くなり、回転電機のさらなる小型化が可能となる。その結果、回転電機の体積低減を図ることができる。さらに、本発明の磁束可変型回転電機は、広い回転速度範囲での高効率運転ができるため、変速ギア段の減少、または変速ギアの省略を実現することが可能となる。従って、駆動装置全体の小型化を図ることもできる。 According to this embodiment, when the rotating electrical machine of the present invention is introduced, useless effective magnetic flux variable space and axial length are eliminated, the moving distance of the movable mechanism is shortened, and the rotating electrical machine can be further reduced in size. As a result, the volume of the rotating electrical machine can be reduced. Furthermore, since the variable magnetic flux rotating electric machine according to the present invention can perform high-efficiency operation in a wide rotational speed range, it is possible to reduce the transmission gear stage or omit the transmission gear. Accordingly, it is possible to reduce the size of the entire drive device.
本実施例では、本発明で提案した回転電機をハイブリッド自動車の駆動装置に適用した他の例について説明する。基本的には、実施例4の図11と同じ構成であり、異なる構成は、回転電機15がエンジン14とトランスミッション16の間ではなく、且つ内燃機関であるエンジン14のクランクプーリ19と回転電機15のシャフトに結合されたプーリ21とが連結された金属ベルト20を設けた点である。
In this embodiment, another example in which the rotating electrical machine proposed in the present invention is applied to a drive device for a hybrid vehicle will be described. Basically, the configuration is the same as that of FIG. 11 of the fourth embodiment. The different configuration is that the rotating
図12は、実施例1の回転電機が搭載される自動車の駆動装置の配置構成を示す。 FIG. 12 shows an arrangement configuration of a drive device for an automobile on which the rotating electrical machine of the first embodiment is mounted.
本実施例の駆動装置は、エンジン14のクランクプーリ19と、回転電機15のシャフトに結合されたプーリ21が金属ベルト20で連結されたものである。従って、エンジン14および回転電機15は並列に配置されている。
In the driving apparatus of this embodiment, a
また、本実施例の自動車の駆動装置においては、回転電機15を電動機単体,発電機単体、もしくはモータ・ジェネレータのどの形態で用いてもよい。本実施例によれば、クランクプーリ19,金属ベルト20,プーリ21によって、エンジン14と回転電機15の間にある速度比をもった変速機構を構成することができる。
Further, in the vehicle drive apparatus of the present embodiment, the rotary
例えば、クランクプーリ19とプーリ21の半径比を2:1にすることにより、回転電機15をエンジン14の2倍の速度で回転させることができ、エンジン14の始動時、回転電機15のトルクをエンジン14の始動時に必要なトルクの1/2にすることができる。従って、回転電機15を小型化することができる。
For example, by setting the radius ratio between the
また、実施例1の回転電機が用いられる自動車の実施形態を以下3つ列挙する。 Further, three embodiments of the automobile in which the rotating electrical machine of Example 1 is used are listed below.
(1)車輪を駆動する内燃機関と、電力の充放電を行うバッテリと、内燃機関のクランク軸と機械的に連結され、バッテリから供給された電力によって駆動されて内燃機関を駆動すると共に、内燃機関からの動力によって駆動されて発電し、バッテリにその発電電力を供給するモータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータに供給される電力及びモータ・ジェネレータから供給された電力を制御する電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置とを有し、モータ・ジェネレータが実施例1の回転電機で構成された自動車。この自動車は、内燃機関で車輪を駆動する通常の自動車、或いは内燃機関とモータ・ジェネレータで車輪を駆動するハイブリッド自動車である。 (1) An internal combustion engine that drives wheels, a battery that charges and discharges electric power, and a crankshaft of the internal combustion engine that is mechanically coupled to drive the internal combustion engine by being driven by electric power supplied from the battery. A motor / generator driven by power from the engine to generate power and supply the generated power to the battery, a power converter for controlling the power supplied to the motor / generator and the power supplied from the motor / generator, and power And a control device that controls the converter, and the motor / generator is configured by the rotating electrical machine of the first embodiment. This vehicle is a normal vehicle in which wheels are driven by an internal combustion engine, or a hybrid vehicle in which wheels are driven by an internal combustion engine and a motor / generator.
(2)車輪を駆動する内燃機関と、電力の充放電を行うバッテリと、バッテリから供給された電力によって駆動されて車輪を駆動すると共に、車輪からの駆動力を受けて発電し、バッテリにその発電力を供給するモータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータに供給された電力及びモータ・ジェネレータから供給された電力を制御する電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置を有し、モータ・ジェネレータが実施例1の回転電機で構成された自動車。この自動車は、内燃機関とモータ・ジェネレータで車輪を駆動するハイブリッド自動車である。 (2) An internal combustion engine that drives the wheel, a battery that charges and discharges electric power, and a wheel that is driven by electric power supplied from the battery, generates electric power by receiving driving force from the wheel, and A motor generator having a motor generator for supplying generated power, a power converter for controlling the power supplied to the motor generator and the power supplied from the motor generator, and a controller for controlling the power converter, Is an automobile configured with the rotating electrical machine of the first embodiment. This vehicle is a hybrid vehicle in which wheels are driven by an internal combustion engine and a motor / generator.
(3)電力の充放電を行うバッテリと、バッテリから供給された電力によって駆動されて車輪を駆動すると共に、車輪からの駆動力を受けて発電し、バッテリにその発電電力を供給するモータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータに供給される電力及びモータ・ジェネレータから供給された電力を制御する電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置とを有し、モータ・ジェネレータが実施例1の回転電機で構成された自動車。この自動車は、回転電機で車輪を駆動する電気自動車である。 (3) A battery that charges and discharges electric power, and a motor generator that is driven by the electric power supplied from the battery to drive the wheel, generates electric power by receiving the driving force from the wheel, and supplies the generated electric power to the battery A power conversion device that controls the power supplied to the motor / generator and the power supplied from the motor / generator, and a control device that controls the power conversion device. A car composed of This vehicle is an electric vehicle that drives wheels with a rotating electric machine.
本実施例では、本発明で提案した回転電機を洗濯機の電動機に適用した例について説明する。 In this embodiment, an example in which the rotating electrical machine proposed in the present invention is applied to an electric motor of a washing machine will be described.
洗濯機の従来技術で、電動機のトルクはプーリを介してベルトとギアによりトルクを伝達する場合、ベルトとギアの摺動,打撃音等の騒音が大きい問題がある。また、電動機のトルクを直接回転体や脱水槽に伝達するためのダイレクトドライブ方式では、電気的な弱め界磁制御技術により高速運転領域を広げることは、弱め界磁電流による発熱や効率低下などにより限界がある。前記ダイレクトドライブ方式は減速機構がないために、低速高トルクの洗いや濯ぎ行程と高速大出力の脱水行程の広範囲速度領域を賄う電動機の体格は大型になる。 In the prior art of washing machines, when the torque of an electric motor is transmitted by a belt and a gear via a pulley, there is a problem that noise such as sliding of the belt and the gear, a hitting sound, and the like are large. Also, with the direct drive system that transmits the motor torque directly to the rotating body and dehydration tank, there is a limit to expanding the high-speed operating range by using the field-weakening field control technology due to heat generation due to field-weakening current and a decrease in efficiency. is there. Since the direct drive system does not have a speed reduction mechanism, the physique of a motor that covers a wide speed range of a low speed, high torque washing and rinsing process and a high speed, high power dehydration process becomes large.
前記電動機は本発明の磁束可変型回転電機を用いる場合、洗いもしくは濯ぎ行程で、電動機の分割された回転子の同極性の中心が揃えるようにすれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くして、高トルク特性が得られる。一方、脱水行程のような高速回転領域において運転する時は、相対的に回転できる回転子を同極性磁極の中心がずれる方向に回転させれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると機械的な弱め界磁効果があり、高回転領域において定出力特性がえられる。 When the electric motor uses the magnetic flux variable type rotating electric machine according to the present invention, it is effective to use a permanent magnet opposed to the stator magnetic pole if the same polarity centers of the divided rotors of the electric motor are aligned in the washing or rinsing process. High torque characteristics can be obtained by increasing the amount of magnetic flux. On the other hand, when operating in a high-speed rotation region such as the dehydration stroke, if the rotor that can rotate relatively is rotated in the direction in which the center of the same polarity magnetic pole is shifted, the effective magnetic flux amount by the permanent magnet facing the stator magnetic pole In other words, there is a mechanical field weakening effect, and constant output characteristics can be obtained in a high rotation region.
本実施例は、本発明で提案した回転電機を風力発電システムの発電機に適用した例について説明する。 In this embodiment, an example in which the rotating electrical machine proposed in the present invention is applied to a generator of a wind power generation system will be described.
従来の風力発電システムの発電機において、低速領域で高トルクが得られるが、回転数の可変範囲が狭いために高速領域の運転は困難であった。そこで、電気的な弱め界磁制御技術により高速運転領域を広げることが考えられる。また、風力発電システムの発電機は広い速度範囲で所定の出力を確保するためにギア機構やピッチモータ等を備えて、さまざまな風速条件に対応できるようにした。発電機の各相巻線を主軸の回転速度に応じて巻線切り替え装置を用いて、低速用巻線と高速用巻線に切り替えて駆動するようにしているものもある。電気的な弱め界磁制御により高速運転領域を広げることは、弱め界磁電流による発熱や効率低下などにより限界がある。各相巻線を主軸の回転速度に応じて巻線切り替え装置を用いた場合は、発電機本体からのリード線の数が多く、さらに巻線切り替え制御装置とその構造が複雑になる問題などがある。 In a conventional wind power generation system generator, high torque can be obtained in a low speed region, but operation in the high speed region has been difficult because the variable range of the rotational speed is narrow. Therefore, it is conceivable to expand the high-speed operation range by using an electric field weakening control technique. In addition, the generator of the wind power generation system is equipped with a gear mechanism, a pitch motor, etc. in order to ensure a predetermined output in a wide speed range so that it can cope with various wind speed conditions. In some cases, each phase winding of the generator is switched to a low-speed winding and a high-speed winding by using a winding switching device in accordance with the rotation speed of the main shaft. Extending the high-speed operation region by electric field weakening control is limited due to heat generation due to field weakening current and efficiency reduction. When a winding switching device is used for each phase winding according to the rotation speed of the main shaft, the number of lead wires from the generator body is large, and the winding switching control device and its structure are complicated. is there.
実施例1,実施例2,実施例3の回転電機で構成された回転電機を用いた風力発電システムの発電機が風力の広い範囲で高効率を行う実施例として、分割された回転子は以下の状態で運転されればよい。 As an example in which the generator of the wind power generation system using the rotating electrical machine configured by the rotating electrical machine of Example 1, Example 2 and Example 3 performs high efficiency in a wide range of wind power, the divided rotor is as follows: It is sufficient to drive in the state of.
風が弱い低速回転領域においては、回転子の同極性磁極の中心が揃えるようにして、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くし、高出力特性が得られるようにする。一方、風が強い高速回転領域においては、相対的に回転できる回転子を同極性磁極の中心がずれる方向に回転させれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると機械的な弱め界磁効果があり、高回転領域において定出力特性がえられる。 In the low-speed rotation region where the wind is weak, the centers of the same polarity magnetic poles of the rotor are aligned so that the effective magnetic flux amount by the permanent magnet facing the stator magnetic poles is increased and high output characteristics can be obtained. On the other hand, in a high-speed rotation region where the wind is strong, if the rotor that can rotate relatively is rotated in a direction in which the center of the same polarity magnetic pole shifts, the amount of effective magnetic flux due to the permanent magnet facing the stator magnetic pole is reduced. In other words, there is a mechanical field weakening effect, and constant output characteristics can be obtained in a high rotation range.
本実施例によれば、機械的に永久磁石の界磁用有効磁束量を可変できるという効果がある。特に、風力発電システムの主軸発電機の機械的な弱め界磁が簡単にでき、広範囲可変速制御には大きな効果がある。発電機構造が簡単になることにより、発電機が軽量になるため、タワーの構造が簡単になるという効果がある。 According to the present embodiment, there is an effect that the effective magnetic field amount of the permanent magnet can be mechanically varied. In particular, the mechanical field weakening of the main shaft generator of the wind power generation system can be easily performed, and this is very effective for wide-range variable speed control. Since the generator structure is simplified, the generator is lighter, and thus the structure of the tower is simplified.
本実施例では、本発明で提案した回転電機を輸送車両の電動機・発電機に適用した例について説明する。 In this embodiment, an example in which the rotating electrical machine proposed in the present invention is applied to an electric motor / generator of a transportation vehicle will be described.
永久磁石同期電動機は誘導電動機に比べ高効率であり、小型軽量化に有利である。また、高効率であることは消費電力量やCO2排出量の削減も期待できる。輸送車両の駆動用電動機は小型軽量であることが強く求められるため、永久磁石同期電動機は有力な候補である。また、電動機だけでなくインバータも含めた主回路全体の軽量化が求められる。主変換装置保護の観点から、永久磁石による逆誘起電圧は、そのピーク値がすくなくとも直流中間回路電圧の過電圧保護動作設定値を超えないように設計すべきである。しかし、そのように電動機を設計した場合、必要とするインバータ容量を増大させてしまう。 Permanent magnet synchronous motors are more efficient than induction motors and are advantageous in reducing size and weight. In addition, high efficiency can be expected to reduce power consumption and CO 2 emissions. Permanent magnet synchronous motors are promising candidates because the drive motors for transport vehicles are strongly required to be small and light. In addition, the weight of the entire main circuit including the inverter as well as the electric motor is required. From the viewpoint of protecting the main converter, the counter-induced voltage generated by the permanent magnet should be designed so that the peak value does not exceed the overvoltage protection operation setting value of the DC intermediate circuit voltage, at least. However, when such an electric motor is designed, the required inverter capacity is increased.
前記電動機は本発明の磁束可変型回転電機を用いる場合、低速大トルクで、電動機の分割された回転子の同極性の中心が揃えるようにすれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くして、高トルク特性が得られる。一方、高速回転領域において運転する時は、相対的に回転できる回転子を同極性磁極の中心がずれる方向に回転させれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると機械的な弱め界磁効果があり、高回転領域において定出力特性がえられる。 When the electric motor uses the variable magnetic flux rotating electric machine of the present invention, if the center of the same polarity of the divided rotor of the electric motor is aligned at low speed and large torque, the effective magnetic flux by the permanent magnet facing the stator magnetic pole is aligned. High torque characteristics can be obtained by increasing the amount. On the other hand, when operating in the high-speed rotation region, if the rotor that can rotate relatively is rotated in the direction in which the center of the same polarity magnetic pole is shifted, the amount of effective magnetic flux by the permanent magnet facing the stator magnetic pole is reduced. In other words, there is a mechanical field weakening effect, and constant output characteristics can be obtained in a high rotation range.
本実施例によれば、機械的に永久磁石の界磁用有効磁束量を可変できるという効果がある。また、輸送車両の発電機の機械的な弱め界磁が簡単にでき、広範囲可変速制御には大きな効果がある。さらに、機械的に有効磁束を可変することにより、逆誘起電圧を抑えることができる。その結果、インバータの容量を低減することができる。従って、インバータのコスト低減や駆動装置全体の小型化を図ることもできる。 According to the present embodiment, there is an effect that the effective magnetic field amount of the permanent magnet can be mechanically varied. In addition, the mechanical field weakening of the generator of the transportation vehicle can be easily performed, which is very effective for wide-range variable speed control. Furthermore, the reverse induced voltage can be suppressed by mechanically changing the effective magnetic flux. As a result, the capacity of the inverter can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the cost of the inverter and to reduce the size of the entire drive device.
1 固定子鉄心
2 電機子巻線
3 シャフト
4 第一回転子
4A,5A 永久磁石
5 第二回転子
6 軸受
7 ストッパー
8 アクチュエータ
8A アクチュエータのアーム
9 スプライン
10 フェイルセーフストッパー
11 固定子磁極
12 第一回転子の磁極位相
13 第二回転子の磁極位相
14 エンジン
15 回転電機
16 トランスミッション
17 インバータ
18 バッテリ
19 クランクプーリ
20 金属ベルト
21 プーリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に第一回転子と第二回転子に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、
前記回転子の前記第一回転子に対する前記回転子の前記第二回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構と、
前記第一回転子と前記第二回転子の距離が予め定めた値を超えた場合は、前記第二回転子を停止する回転子停止手段と、を有することを特徴とする回転電機。 A stator having windings;
The stator is rotatably arranged through a gap, and is divided into a first rotor and a second rotor in the rotation axis direction, and field magnets having different polarities are alternately arranged in the rotation direction. Rotor and
A magnetic flux variable mechanism that varies a relative rotational axis direction position of the second rotor of the rotor with respect to the first rotor of the rotor;
A rotating electrical machine comprising: a rotor stopping means for stopping the second rotor when a distance between the first rotor and the second rotor exceeds a predetermined value.
前記固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に三分割以上分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、
前記回転子の分割された個々の分割回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構と、
それぞれの前記分割回転子の相対距離が予め定めた値を超えた場合は、少なくとも1つの前記分割回転子を停止する回転子停止手段と、を有することを特徴とする回転電機。 A stator having windings;
A rotor in which the stator is rotatably arranged through a gap, divided into three or more parts in the rotation axis direction, and field magnets having different polarities are arranged alternately in the rotation direction; and
A magnetic flux variable mechanism that varies a relative rotational axis direction position of each divided rotor divided by the rotor;
A rotating electrical machine comprising: a rotor stopping unit that stops at least one of the divided rotors when a relative distance between the divided rotors exceeds a predetermined value.
前記磁束可変機構を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、予め記憶手段に記憶された回転子の要求回転数と要求トルクにおける複数の効率値が示された複数の回転電機効率マップから最も効率値が高い有効磁束量を選択し、選択された有効磁束に基づく指令値を前記磁束可変機構へ出力する有効磁束決定手段を有する回転電機。 In the rotary electric machine according to claim 1 or 2,
Control means for controlling the magnetic flux variable mechanism;
The control means selects and selects an effective magnetic flux amount having the highest efficiency value from a plurality of rotating electrical machine efficiency maps indicating a plurality of efficiency values at the required rotational speed and required torque of the rotor stored in the storage means in advance. A rotating electrical machine having effective magnetic flux determining means for outputting a command value based on the effective magnetic flux to the magnetic flux variable mechanism.
前記車輪を駆動する内燃機関と、
速度を制御する変速機と、
請求項1又は請求項2記載の回転電機であって、前記内燃機関と前記変速機間に機械的に連結された回転電機と、
電力の充放電を行う蓄電手段と、
前記蓄電手段と前記回転電機間に接続され、電力の変換を行う電力変換器と、を有する自動車。 Wheels,
An internal combustion engine for driving the wheels;
A transmission for controlling the speed;
The rotating electrical machine according to claim 1 or 2, wherein the rotating electrical machine is mechanically coupled between the internal combustion engine and the transmission;
Power storage means for charging and discharging power;
An automobile having a power converter connected between the power storage means and the rotating electrical machine and performing power conversion.
前記車輪を駆動する内燃機関と、
速度を制御する変速機と、
請求項1又は請求項2記載の回転電機と、
前記内燃機関のクランクプーリと前記回転電機のシャフトに結合されたプーリとが連結された金属ベルトと、
電力の充放電を行う蓄電手段と、
前記蓄電手段と前記回転電機間に接続され、電力の変換を行う電力変換器と、を有する自動車。 Wheels,
An internal combustion engine for driving the wheels;
A transmission for controlling the speed;
The rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
A metal belt in which a crank pulley of the internal combustion engine and a pulley coupled to a shaft of the rotating electrical machine are coupled;
Power storage means for charging and discharging power;
An automobile having a power converter connected between the power storage means and the rotating electrical machine and performing power conversion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009055869A JP2010213429A (en) | 2009-03-10 | 2009-03-10 | Rotary electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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